Question

20．硫酸法是現代氧化鈹或氫氧化鈹生產中廣泛應用的方法之一，其原理是利用預焙燒破壞鈹礦物（綠柱石-3BeO•Al₂O₃•6SiO₂及少量FeO等）的結構與晶型，再采用硫酸酸解含鈹礦物，使鈹、鋁、鐵等酸溶性金屬進入溶液相，與硅等脈石礦物初步分離，然后將含鈹溶液進行凈化、除雜，最終得到合格的氧化鈹（ 或氫氧化鈹） 產品，其工藝流程如圖．
已知：（1）鋁銨礬的化學式是NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O
（2）鈹元素的化學性質與鋁元素相似
根據以上信息回答下列問題：
（1）熔煉物酸浸前通常要進行粉碎，其目的是：提高鈹元素的浸出速率和浸出率．
（2）“蒸發(fā)結晶離心除鋁”若在中學實驗室中進行，完整的操作過程是蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶洗滌、過濾．
（3）“中和除鐵”過程中“中和”所發(fā)生反應的離子方程式是H⁺+NH₃•H₂O=NH₄⁺+H₂O，用平衡原理解釋“除鐵”的過程由于存在平衡Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，氨水中和H⁺，使c（H⁺）減小，上述平衡正向移動，使Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀而除去．
（4）加入的“熔劑”除了流程中的方解石外，還可以是純堿、石灰等．其中，石灰具有價格與環(huán)保優(yōu)勢，焙燒時配料比（ m石灰/m綠柱石） 通常控制為1：3，焙燒溫度一般為1400℃-1500℃．若用純堿作熔劑，SiO₂與之反應的化學方程式是SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑，若純堿加入過多則Al₂O₃、BeO₂也會發(fā)生反應，其中BeO與之反應的化學方程式是BeO+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂BeO₂+CO₂↑，從而會導致酸浸時消耗更多硫酸，使生產成本升高，結合離子方程式回答成本升高的原因由BeO+2H⁺=Be²⁺+H₂O和BeO₂^2-+4H⁺=Be²⁺+2H₂O可知，BeO轉化為BeO₂^2-后將消耗更多硫酸．

Answer 1

分析 鈹礦物（綠柱石-3BeO•Al₂O₃•6SiO₂及少量FeO等）和方解石熔煉，然后加入稀硫酸，SiO₂、Al₂O₃分別與CaCO₃反應生成CaSiO₃、鋁酸鈣，BeO和熔融方解石反應生成鈹酸鈣，FeO被氧化，然后加入稀硫酸溶解，浸出出液中含有BeSO₄、Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃，向濾液中加入硫酸銨，硫酸鋁和硫酸銨反應生成NH₄Al（SO₄）₂，通過離心沉淀得到NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O，濾液中含有BeSO₄、（NH₄）₂SO₄、Fe₂（SO₄）₃，然后向溶液中加入氨水，調節(jié)溶液pH除去鐵離子，然后過濾得到氫氧化鐵沉淀，濾液中含有BeSO₄，再向溶液中加入氨水，得到Be（OH）₂沉淀，煅燒氫氧化鈹得到工業(yè)BeO，
（1）增大反應物接觸面積，增大反應速率；
（2）“蒸發(fā)結晶離心除鋁”若在中學實驗室中進行，完整的操作過程蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、洗滌、過濾；
（3）“中和除鐵”過程中“中和”實質上是利用氨水和溶液中氫離子反應促進鐵離子水解；
（4）高溫條件下，碳酸鈉和二氧化硅反應生成硅酸鈉和二氧化碳；高溫條件下，BeO和碳酸鈉反應生成鈹酸鈉和二氧化碳，BeO轉化為BeO₂^2-后將消耗更多硫酸．

解答 解：鈹礦物（綠柱石-3BeO•Al₂O₃•6SiO₂及少量FeO等）和方解石熔煉，然后加入稀硫酸，SiO₂、Al₂O₃分別與CaCO₃反應生成CaSiO₃、鋁酸鈣，BeO和熔融方解石反應生成鈹酸鈣，FeO被氧化，然后加入稀硫酸溶解，浸出出液中含有BeSO₄、Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃，向濾液中加入硫酸銨，硫酸鋁和硫酸銨反應生成NH₄Al（SO₄）₂，通過離心沉淀得到NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O，濾液中含有BeSO₄、（NH₄）₂SO₄、Fe₂（SO₄）₃，然后向溶液中加入氨水，調節(jié)溶液pH除去鐵離子，然后過濾得到氫氧化鐵沉淀，濾液中含有BeSO₄，再向溶液中加入氨水，得到Be（OH）₂沉淀，煅燒氫氧化鈹得到工業(yè)BeO，
（1）增大反應物接觸面積，增大反應速率，所以將熔煉物酸浸前通常要進行粉碎，其目的是提高鈹元素的浸出速率和浸出率，故答案為：提高鈹元素的浸出速率和浸出率；
（2）“蒸發(fā)結晶離心除鋁”若在中學實驗室中進行，完整的操作過程蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、洗滌、過濾，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶；
（3）“中和除鐵”過程中“中和”實質上是利用氨水和溶液中氫離子反應，離子方程式為H⁺+NH₃•H₂O=NH₄⁺+H₂O；由于存在平衡Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，氨水中和H⁺，使c（H⁺）減小，上述平衡正向移動，使Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀而除去，
故答案為：H⁺+NH₃•H₂O=NH₄⁺+H₂O；由于存在平衡Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，氨水中和H⁺，使c（H⁺）減小，上述平衡正向移動，使Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀而除去；
（4）高溫條件下，碳酸鈉和二氧化硅反應生成硅酸鈉和二氧化碳，反應方程式為SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑；高溫條件下，BeO和碳酸鈉反應生成鈹酸鈉和二氧化碳，反應方程式為BeO+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ Na₂BeO₂+CO₂↑，由BeO+2H⁺=Be²⁺+H₂O和BeO₂^2-+4H⁺=Be²⁺+2H₂O可知，BeO轉化為BeO₂^2-后將消耗更多硫酸，
故答案為：SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑；BeO+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ Na₂BeO₂+CO₂↑；由BeO+2H⁺=Be²⁺+H₂O和BeO₂^2-+4H⁺=Be²⁺+2H₂O可知，BeO轉化為BeO₂^2-后將消耗更多硫酸．

點評 本題考查物質分離和提純，為高頻考點，綜合性較強，涉及離子方程式及化學方程式的書寫、化學反應速率影響因素、分離提純基本操作、鹽類水解等知識點，明確反應原理及流程圖中每一步發(fā)生的反應、采用的操作方法是解本題關鍵，題目難度中等．